賽業生物《每周一鼠》，每周五更新，為大家講解一個小鼠模型的故事，希望對大家了解不同的小鼠模型有所幫助。今天和大家見面的是Tnni3k基因編輯小鼠。

Tnni3k基因
編碼835個氨基酸構成的蛋白，其蛋白分子量約為93kD。TNNI3K蛋白含有三個結構域：N端為7個錨蛋白重復序列（ANK），中間近C端為典型的絲氨酸/蘇氨酸、酪氨酸激酶結構域，C末端是一富含絲氨酸的結構域。TNNI3K屬于MAPKKK激酶家族，不僅可以發生自身磷酸化，而且可以將激酶通用底物髓鞘堿性蛋白磷酸化。

在胎兒6種組織、成人8種組織的Northern Blot檢測結果和76種組織的多組織點陣膜雜交實驗的結果顯示，TNNI3K僅在成人及胎兒的心臟中表達，而在其他組織中未見表達。因此，該基因是一個心臟特異性表達的激酶基因。不僅如此，該基因還能與心肌肌鈣蛋白I、心肌肌動蛋白等一系列肌小節收縮調節蛋白發生作用。心肌細胞增強因子2C是調節TNNI3K的關鍵因子，另外，TNNI3K活性能被抗氧化蛋白1所抑制^[1,2]。
 

圖1. TNNI3K蛋白結構。

Tnni3k與心血管疾病
與Tnni3k相關的疾病包括擴張型心肌病、心臟肥大。與該基因相關的GO分析包括轉移酶活性、磷轉移酶活性和蛋白酪氨酸激酶活性^[4]。

心肌肥厚分為生理性心肌肥厚和病理性心肌肥厚，二者都表現出心臟質量的增加、心肌細胞表面積增大、心肌肌小節組裝增強、蛋白合成增加。生理性的心臟生長可能由于鍛煉等因素形成，表現為正常的心臟結構，正常或改善的新功能。病理性的心臟生長往往發生于疾病狀況下，如長期的壓力超負荷（高血壓，心臟瓣膜疾病）、容量超負荷（動靜脈分流）、心肌梗死或與冠心病關聯的缺血、遺傳突變、糖尿病等。

生理性心肌肥厚具有保護心臟的功能作用，而病理性心肌肥厚最終發展為心衰。除此之外，病理、生理性肥厚的功能特征主要包括：肌小節組裝的改變、心肌纖維化的分子機制改變、心臟能量代謝的改變以及生化與分子生物學特征的改變^[1]。

Tnni3k基因編輯小鼠
1●Tnni3k條件性敲除小鼠

心肌細胞條件性Tnni3k純合敲除小鼠表現出對心臟缺血/再灌注損傷的降低^[5]。

研究人員使用誘導型心肌細胞特異性表達的Cre重組酶系統研究了小鼠Tnni3k基因的功能。之后，對Tnni3k條件性敲除小鼠（Tnni3k-KO）和野生型同窩小鼠進行缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）實驗。24小時后，Tnni3k-KO的梗塞明顯更小（圖2B-C），但兩組小鼠的風險區域（areas at risk, AAR） 沒有明顯差異（圖2D）。

在I/R誘導之后，Tnni3k-KO的三種損傷標志物cTnI、心肌肌鈣蛋白T和肌球蛋白輕鏈在血漿中的水平相較于野生型小鼠低很多。此外，在Tnni3k-KO中，磷酸化p38的含量顯著降低，但磷酸化的ERK1/2、JNK和Akt的含量在兩組小鼠中未發生明顯改變（圖2F），這表明活化的p38含量的降低對小鼠心臟具有一定的保護作用。因此，Tnni3k可以調控心肌細胞對再灌注損傷的反應^[6]。
 

圖2. 敲除Tnni3k可減少I/R后梗死面積和p38 MAPK激活。

(B)來自Tnni3k-KO和野生型小鼠中具有代表性的埃文斯藍和TTC染色切片（每組n=11）。 

(C)梗死面積占AAR面積的百分比。

(D)AAR面積占左心室（left ventricle, LV）面積的百分比。

(E)血漿中cTnI、血漿肌鈣蛋白T（cTnT）和肌球蛋白輕鏈（MLC）的含量。

(F)Tnni3k-KO和野生型小鼠左心室遠端的Akt、ERK1/2、JNK1/2以及p38 MAPK磷酸化狀態的代表性WB實驗結果（每組n=6）。灰度分析結果在WB結果的右側。

2●Tnni3k過表達轉基因小鼠
研究人員首先構建了由α-MHC作為啟動子的Tnni3k表達質粒，并注射到胚胎中進而構建轉基因動物。值得注意的是，使用轉基因方式構建的小鼠，不同的個體（或稱為譜系）可能具有不同的基因型或表型。研究人員發現TG-H譜系的小鼠在3月齡（31.3%）和12月齡（43.1%）的時候表現出異常的心重/體重比變化（heart weight/body weight, HW/BW）。研究人員之后對這一譜系的小鼠進行了后續分析。

在3月齡時，TG-H小鼠的心臟明顯大于野生型同窩小鼠（圖3A）。切片結果顯示轉基因小鼠具有同側心室肥大的表型，并具有腔室尺寸較小、心室壁較厚的特點（圖3B）。鏡下觀察結果顯示，在TG-H 小鼠中未觀察到壞死或肌細胞紊亂的現象（圖3C，上圖）。Masson三色染色的結果顯示TG-H轉基因小鼠沒有間質纖維化的發生（圖3C，下圖）。除此之外，研究人員通過H&E染色檢測心肌細胞的橫截面積，實驗結果顯示，TG-H譜系小鼠的心肌細胞明顯更大，并且，其平均表面積比同窩對照小鼠大1.8倍（圖3D）^[6]。
 

圖3. Tnni3k過表達轉基因小鼠3月齡的心臟組織學分析。
(A)完整心臟的形態學照片。
(B)H&E染色后心臟的宏觀視圖，結果顯示TG-H小鼠同側心室肥大。
(C)心肌細胞的組織學分析，上圖是H&E染色切片，下圖是三色染色切片。
(D)從H&E染色的組織切片中定量心肌細胞的橫截面積。

小結
本篇文章介紹了Tnni3k基因，該基因是一個心臟特異性的激酶，因此其主要功能也與心臟功能有關，心臟特異性敲除該基因的小鼠在經歷心臟缺血/再灌注損傷后，其損傷程度相對較低，過表達該基因的小鼠會出現心臟肥大的表型。目前已經有許多Tnni3k的抑制劑，如GSK854，GSK114以及GSK329^[8]，這些抑制劑為心臟病的治療提供了新的思路，除此之外，該基因也是一個基因治療和基因檢測的相關靶標。

參考文獻：
1.王林;TNNI3K促進心肌細胞肥大、增強肌絲鈣敏感度及nexilin基因調節心肌收縮性[D];北京協和醫學院;2011年

2.戴洪甜. TNNI3K對心肌缺血性損傷后心肌細胞中SDF-1表達的影響及其機制研究[D]. 華中科技大學, 2019.

3.Vagnozzi R J ,  Gatto G J ,  Kallander L S , et al. Inhibition of the Cardiomyocyte-Specific Kinase TNNI3K Limits Oxidative Stress, Injury, and Adverse Remodeling in the Ischemic Heart[J]. Science Translational Medicine, 2013, 5(207):207ra141.

4.Wang X ,  Wang J ,  Ming S , et al. TNNI3K, a Cardiac-Specific Kinase, Promotes Physiological Cardiac Hypertrophy in Transgenic Mice[J]. Plos One, 2013, 8(3):e58570.

5.Pham C, Muñoz-Martín N, Lodder EM. The Diverse Roles of TNNI3K in Cardiac Disease and Potential for Treatment. International Journal of Molecular Sciences. 2021; 22(12):6422.